多相旋转电机的控制系统

摘要

提供了一种多相旋转电机的控制系统。所述控制系统通过对反相器的开关元件进行操作而控制多相旋转电机的输出，从而当所述反相器中出现故障时能够采取更为适当的措施。内燃机的转轴、发电机的转轴以及电机的转轴通过扭矩分裂机构相连。当所述反相器的开关元件发生短路时，所述控制系统执行故障保护处理以控制所述发电机的负荷扭矩，以防止所述内燃机的转轴的旋转处于非操作状态，这个旋转由所述电机的动力引起的。

权利要求

1.一种用于控制第一旋转电机的转轴的扭矩的装置，第一旋转电机的转轴通过扭矩分裂机构与第二旋转电机的转轴以及内燃机的转轴机械相连，所述扭矩分裂机构把来自所述内燃机的扭矩分裂给第一和第二旋转电机，第一旋转电机组成多相旋转电机，所述装置包括：反相器，用于控制第一旋转电机的转轴的扭矩；

确定组件，用于确定是否满足条件，所述条件被定义为所述反相器出现故障且所述内燃机处于非操作状态；以及限制组件，当所述确定组件确定满足所述条件时，对第一旋转电机的驱动状态进行操作，以限制内燃机的转轴的旋转状态，其中所述旋转状态是由第二电机引起的并且通过扭矩分裂机构从第二旋转电机转移的。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述限制组件配置为：当确定满足所述条件时限制所述内燃机的转轴的转速，使其避免落入大于零且小于所述内燃机的空转转速的转速范围内。

3.根据权利要求2所述的装置，其中

所述内燃机设置有用于抑制其振动的飞轮阻尼器，而且

所述限制组件配置为对所述内燃机的转轴的转速进行限制，从而防止所述转速处于和所述飞轮阻尼器的共振频率相对应的转速范围内。

4.根据权利要求3所述的装置，还包括电连接在第一旋转电机与所述反相器之间的导电器件，所述导电器件在两者之间选择性地导通或不导通，其中所述限制组件包括控制装置，所述控制装置在所述确定组件确定满足所述条件时控制所述导电器件进入非导通状态。

5.根据权利要求3所述的装置，其中所述限制组件配置为：把第一旋转电机的转轴的扭矩设置为使所述内燃机的转轴停止旋转的扭矩。

6.根据权利要求2所述的装置，还包括电连接在第一旋转电机与所述反相器之间的导电器件，所述导电器件在两者之间选择性地导通或不导通，其中所述限制组件包括控制装置，所述控制装置在所述确定组件确定满足所述条件时控制所述导电器件进入非导通状态。

7.根据权利要求2所述的装置，其中所述限制组件配置为：把第一旋转电机的转轴的扭矩设置为使所述内燃机的转轴停止旋转的扭矩。

8.根据权利要求1所述的装置，其中所述限制组件配置为：把第一旋转电机的转轴的扭矩设置为使所述内燃机的转轴停止旋转的扭矩。

9.根据权利要求8所述的装置，还包括电连接在第一旋转电机与所述反相器之间的导电器件，所述导电器件在两者之间选择性地导通或不导通，其中所述限制组件包括控制装置，所述控制装置在所述确定组件确定满足所述条件时控制所述导电器件进入非导通状态。

10.根据权利要求1所述的装置，其中所述限制组件配置为：通过对所述反相器的开关元件进行开关操作而限制所述内燃机的转轴的转速。

11.根据权利要求10所述的装置，其中

所述反相器的故障是在各个臂中的任意一个开关元件处引起的短路，所述确定组件包括确定装置，所述确定装置用于确定第一旋转电机的转轴是否以大于预定转速的速度而旋转，以及所述限制组件包括控制装置，当所述确定装置确定满足所述条件时，所述控制装置控制所有其它开关元件进入接通状态，所述其它开关元件属于没有发生短路的相臂，而且与发生短路故障的开关元件所连接的电通路相连。

12.根据权利要求11所述的装置，其中

所述确定组件包括第二确定装置，用于确定第一旋转电机的转轴是否以小于比预定转速更小的指定转速而旋转，其中所述限制组件包括第二控制装置，用于控制所述反相器中没有发生短路的所有开关元件进入断开状态。

13.根据权利要求12所述的装置，其中

所述确定组件包括第三确定装置，用于确定第一旋转电机的转轴是否以所述预定转速与所述指定转速之间的速度而旋转，以及所述限制组件包括第三控制装置，用于控制第一旋转电机，使第一旋转电机转轴的转速变为大于所述预定转速或小于所述指定转速的速度。

14.根据权利要求13所述的装置，其中第一旋转电机组成三相旋转电机；

所述装置还包括计算组件，计算用于将第一旋转电机的输出扭矩控制为期望扭矩的三相命令信号电压；以及所述限制组件包括调制装置，用于对除了被指定为故障的单相命令电压之外的两相命令电压进行调制，从而当第三确定装置确定所述三相旋转电机的转轴以所述预定转速与所述指定转速之间的速度旋转时，所述三相旋转电机的三个相的相-相电压与计算出的三相命令信号电压所定义的电压相等。

15.根据权利要求14所述的装置，其中所述调制装置配置为：在三相命令信号电压的

1/3周期内对两相命令电压进行调制。

16.根据权利要求15所述的装置，其中

所述确定组件包括第四确定装置，用于确定是否满足条件，所述条件被定义为：所述三相旋转电机的转轴以所述预定转速与所述指定转速之间的速度而旋转，且当前时间在所述调制装置执行调制的时间周期之外，以及所述限制组件包括第四控制装置，用于在第四确定装置确定满足所述条件时控制所述反相器中没有发生短路的所有开关元件，使其进入断开状态。

17.根据权利要求10所述的装置，其中第一旋转电机组成三相旋转电机；

所述装置还包括计算组件，计算用于将第一旋转电机的输出扭矩控制为期望扭矩的三相命令信号电压；

所述反相器的故障是在各个臂中的任意一个开关元件处引起的短路；

所述确定组件包括确定装置，用于确定第一旋转电机的转轴是否以小于预定转速的速度而旋转；以及所述限制组件包括调制装置，对除了被指定为故障的单相命令电压之外的两相命令电压进行调制，从而当所述确定装置确定所述三相旋转电机的转轴以小于所述预定转速的速度旋转时，所述三相旋转电机的三个相的相-相电压与计算出的三相命令信号电压所定义的电压相等。

18.根据权利要求17所述的装置，其中所述调制装置配置为：在三相命令信号电压的

1/3周期内对两相命令电压进行调制。

19.根据权利要求1所述的装置，还包括电连接在所述第一旋转电机与反相器之间的导电器件，所述导电器件在两者之间选择性地导通或不导通，其中所述限制组件包括控制装置，用于当所述确定组件确定满足所述条件时控制所述导电器件进入非导通状态。

20.根据权利要求1所述的装置，其中

所述扭矩分裂机构设置有包括恒星齿轮、环状齿轮和行星齿轮的行星齿轮机构，其中第一旋转电机的转轴与所述恒星齿轮相连，第二旋转电机的转轴与所述环状齿轮相连，而所述内燃机的转轴与所述行星齿轮相连。

21.根据权利要求1所述的装置，其中第一旋转电机形成磁场型旋转电机。

22.一种用于控制多相电机的转轴的扭矩的装置，所述多相电机的转轴通过扭矩分裂机构与旋转电机的转轴以及内燃机的转轴机械相连，所述扭矩分裂机构把来自内燃机的扭矩分裂给所述多相电机和所述旋转电机，所述装置包括：确定组件，用于确定是否满足条件，所述条件被定义为在与所述多相电机相连以控制所述多相电机的扭矩的反相器处引起故障；以及限制组件，当所述确定组件确定引起故障时，通过对所述多相电机的电状态进行操作而限制所述多相电机的负荷扭矩。

23.根据权利要求22所述的装置，还包括：

另一确定组件，用于确定所述内燃机是否处于非操作状态；以及操作命令组件，用于当确定在所述反相器处引起故障且所述内燃机处于非操作状态时命令所述内燃机进行操作。

24.根据权利要求23所述的装置，其中所述限制组件配置为通过所述反相器的开关元件的开/关操作来限制所述负荷扭矩。

25.根据权利要求23所述的装置，其中

所述扭矩分裂机构设置有包括恒星齿轮、环状齿轮和行星齿轮的行星齿轮机构，其中旋转电机的转轴与所述恒星齿轮相连，多相电机的转轴与所述环状齿轮相连，而所述内燃机的转轴与所述行星齿轮相连。

26.根据权利要求23所述的装置，其中所述多相电机形成磁场型旋转电机。

27.根据权利要求22所述的装置，其中所述限制组件配置为通过所述反相器的开关元件的开/关操作来限制所述负荷扭矩。

28.根据权利要求27所述的装置，其中

所述多相电机组成三相电机，

在所述反相器处引起的故障是：在属于所述反相器的相臂的任一开关元件处引起的短路，而且所述限制组件包括

计算装置，计算用于将所述三相电机的输出扭矩控制为期望扭矩的三相命令信号电压，以及调制组件，用于对除了被指定为故障的单相命令电压之外的两相命令电压进行调制，使得所述三相电机的三个相的相-相电压与计算出的三相命令信号电压所定义的电压相等。

29.根据权利要求28所述的装置，还包括另一确定组件，用于确定所述三相电机是否以等于或大于预定速度的速度而旋转，其中所述限制组件还包括控制装置，用于当所述另一确定组件确定所述三相电机以等于或大于预定速度的速度而旋转时，所述控制装置执行控制以使所有其它开关元件进入接通状态，所述其它开关元件属于没有发生短路的相臂，且与发生短路故障的开关元件所连接的电通路相连。

30.根据权利要求27所述的装置，还包括另一确定组件，用于确定所述多相电机是否以等于或大于预定速度的速度而旋转，其中所述限制组件还包括控制装置，用于当所述另一确定组件确定所述多相电机以等于或大于预定速度的速度而旋转时，所述控制装置执行控制以使所有其它开关元件进入接通状态，所述其它开关元件属于没有发生短路的相臂，且与发生短路故障的开关元件所连接的电通路相连。

31.根据权利要求22所述的装置，还包括：

导电器件，电连接在所述多相电机与所述反相器之间，而且在两者之间选择性地导通或不导通，其中所述限制组件包括控制装置，用于当所述确定组件确定满足所述条件时控制所述导电器件使其变为非导通。

32.根据权利要求22所述的装置，其中

所述扭矩分裂机构设置有包括恒星齿轮、环状齿轮和行星齿轮的行星齿轮机构，其中旋转电机的转轴与所述恒星齿轮相连，多相电机的转轴与所述环状齿轮相连，而所述内燃机的转轴与所述行星齿轮相连。

33.根据权利要求22所述的装置，其中所述多相电机形成磁场型旋转电机。

34.根据权利要求23所述的装置，还包括

导电器件，电连接在所述多相电机与所述反相器之间，而且在两者之间选择性地导通或不导通，其中所述限制组件包括控制装置，用于当所述确定组件确定满足所述条件时控制所述导电器件使其变为非导通。

说明书

多相旋转电机的控制系统

[0001] 相关申请的参照

[0002] 本申请要求分别于2006年4月20日和2006年10月20申请的在先日本专利申请2006-116602和2006-286739的优先权，并将这两个申请的说明在此并入作为参考。

技术领域

[0003] 本发明涉及一种多相旋转电机的控制系统，通过操作反相器中的开关元件来控制多相旋转电机的输出。

背景技术

[0004] 在已知的控制系统中，通过操作反相器中的开关元件来控制三相电机的输出扭矩。这种控制系统中的反相器具有三个臂，这三个臂用于使三相电机的三个相中的每一个相与电源电压的正端或负端导通。在由这种系统执行的控制中，反相器中任意一个臂的开关元件发生短路都可能使电流流过该臂，从而导致扭矩波动或反相器发热值增大的风险。

[0005] 日本专利申请待审公开N0.6-319263提出了这样一种系统，该系统具有用于检测流过反相器的每一个臂的电流的装置。这种系统能够确定反相器的任意一个臂中的开关元件发生短路。该专利文献还建议在反相器与电源之间提供断路器电路，从而在发生短路时能够切断反相器与电源之间的电流流动。

[0006] 上文提到的常规系统具有断路器电路，所述断路器电路用于避免由短路造成的扭矩波动和发热的问题。然而，提供这种断路器电路可能会不容忽视地增加部件个数和反相器电路的尺寸。

[0007] 近来，一种针对混合机车的系统已经得到实际应用。在这种系统中，三相电机和三相发电机的转轴通过扭矩分裂机构而连接到内燃机的转轴。这种系统适于在停止内燃机时通过对反相器进行操作而控制三相电机的输出扭矩，而且适于使机车利用这个输出扭矩而行驶。此外，当内燃机在工作时，这种系统适于操作反相器以控制三相发电机所产生的功率量。

[0008] 同样，在上面的系统中，三相发电机的反相器中任意一个臂中发生短路都可能导致发电机的扭矩波动以及反相器发热值增大的问题。此外，当把发电机和电机的扭矩通过扭矩分裂机构传送到转轴时，内燃机的转轴甚至在内燃机停止时也会发生旋转，从而导致功率传送系统发生振动的风险。此外，当三相电机的反相器的任意一个臂中发生短路时，可能期望通过使用内燃机的输出扭矩作为驱动力而执行跛行回家(limp home)处理。然而，短路的发生可能会向三相电机引入负荷扭矩，从而使适当地把内燃机的输出扭矩传送到驱动轮变得困难。

[0009] 上述常规控制系统没有针对混合机车系统所涉及的问题采取措施。

发明内容

[0010] 本发明考虑到上文提出的问题，其目的是提供一种多相旋转电机的控制系统，其中通过操作反相器的开关元件而控制多相旋转电机的输出。具体地，本发明的目的是提供一种多相旋转电机的控制系统，它能够更加适当地处理反相器的故障。

[0011] 为了实现上面的目的，本发明的一方面提供了一种用于控制第一旋转电机的转轴的扭矩的装置，第一旋转电机的转轴通过扭矩分裂机构与第二旋转电机的转轴以及内燃机的转轴机械地相连，所述扭矩分裂机构将来自内燃机的扭矩分裂给第一和第二旋转电机，第一旋转电机组成多相旋转电机。所述装置包括：反相器，用于控制第一旋转电机的转轴的扭矩；确定组件，用于确定是否满足条件，所述条件被定义为所述反相器出现故障且所述内燃机处于非操作状态；以及限制组件，当所述确定组件确定满足所述条件时，所述限制组件通过对第一旋转电机的驱动状态进行操作以限制内燃机的转轴的旋转状态，其中所述旋转状态是由第二电机引起的并且通过所述扭矩分裂机构从第二旋转电机转移的。

[0012] 在上述配置中，所述反相器中的故障不允许对所述多相旋转电机(即第一旋转电机)的扭矩进行适当的控制。具体地，在这种情况下，当所述旋转电机操作时，动力(转轴的扭矩)通过扭矩分裂机构而被传送到所述内燃机的转轴。因此，即使在所述内燃机不操作时，其转轴也可以旋转。在这个方面，上文所述配置能够通过执行多相旋转电机的电条件操作(例如反相器发生故障时的故障保护处理)而限制转轴的旋转。因此，所述多相旋转电机的反相器故障能够适当地防止例如动力传输系统中出现振动的缺点。

[0013] 优选地，所述限制组件被配置为：根据所述内燃机的转轴的旋转状态而限制所述内燃机的转轴的转速，使其不会落入大于零且小于所述内燃机空转转速的转速范围内。

[0014] 上述配置能够防止所述内燃机的转轴的转速落入转速大于零且小于空转转速的范围内。因此，可以适当地防止所述内燃机的转轴的转速变为正常操作条件下不应出现的转速。

[0015] 优选地，所述内燃机设置有用于抑制其振动的飞轮阻尼器，并且所述限制组件配置为对所述内燃机转轴的转速进行限制，从而防止所述转速处于和飞轮阻尼器的共振频率相对应的转速范围内。

[0016] 上述配置能够防止所述内燃机转轴的转速落入与所述共振频率相对应的转速范围内。因此能够适当地抑制在所述系统中引起的振动。

[0017] 优选地，所述限制组件配置为：将第一旋转电机的转轴的扭矩设置为使内燃机转轴停止旋转的扭矩。

[0018] 上述配置能够控制所述多相旋转电机的转轴的扭矩，以便使所述内燃机的转轴停止旋转。因此能够适当地避免伴随所述内燃机转轴的旋转的缺点。

[0019] 优选地，所述限制组件配置为：通过对所述反相器的开关元件进行开关操作而限制所述内燃机的转轴的转速。

[0020] 上述配置利用反相器开关元件的操作而实现了上述限制，从而可在执行故障保护处理时维持所述多相旋转电机中的电流的连续性。因此，能够适当地避免由于对所述多相旋转电机中的电流强制归零而可能引起的弧电流的产生。

[0021] 另一方面，本发明提供了一种控制系统，通过对反相器的开/关状态进行操作而控制多相旋转电机的输出，所述反相器包括多个相臂，每一个相臂都包括能够分别被接通/断开的多个开关元件，所述系统包括：确定组件，用于确定是否满足条件，所述条件被定义为任意一个相的任意一个开关元件引起短路且所述多相旋转电机以大于预定速度的速度而旋转；以及控制组件，用于在所述确定组件确定满足所述条件时，执行控制以使所有其它开关元件处于接通状态，所述其它开关元件属于没有发生短路的相臂且与发生短路故障的开关元件所连接的电通路相连。

[0022] 上面的配置允许：在所述转速等于或大于预置速度时，经过与短路的开关元件相连的反相器输入端，在所有相中发生短路。因此，流过所述多相旋转电机的电流变为因反电动势而流动的电流。在这种情况下，所述反电动势实质上与所述电流正交。结果，可以防止流过所述多相旋转电机的电流的值变大，可以防止所述多相旋转电机的扭矩的绝对值变大，而且可以防止所述扭矩产生波动。

[0023] 另一方面，本发明提供了一种控制装置，通过对反相器的开/关状态进行操作而控制多相旋转电机的输出，所述反相器包括多个相臂，每一个相臂都包括能够分别被接通/断开的多个开关元件，所述装置包括：确定组件，用于确定是否满足条件，所述条件被定义为任意一个相臂的任意一个开关元件引起短路故障；以及控制组件，用于在所述确定组件确定满足所述条件时，执行控制以使所有其它开关元件处于接通状态，所述其它开关元件属于没有发生短路的相且与发生短路故障的开关元件所连接的电通路相连。

[0024] 在开关元件中出现故障时，上述配置能够适当地防止所述多相旋转电机的输出扭矩或流过所述多相旋转电机的电流变得过大。

[0025] 另一方面，本发明提供了一种控制装置，通过对反相器的开/关状态进行操作而控制多相旋转电机的输出，所述反相器包括多个相臂，每一个相臂都包括能够分别被接通/断开的多个开关元件，所述装置包括：导电器件，电连接在所述多相旋转电机与所述反相器之间，并且在两者之间选择性地导通或不导通；确定组件，确定是否满足条件，所述条件被定义为任意一个相臂的任意一个开关元件引起短路故障；以及控制组件，用于在所述确定组件确定满足所述条件时，控制所述导电器件进入非导通状态。

[0026] 当确定出现故障时，上述配置把所述多相旋转电机与所述反相器之间切断，使所述多相旋转电机的相之间隔离。因此能够使流过所述多相旋转电机的电流归零，从而能够使扭矩基本归零。

[0027] 另一方面，本发明提供了一种用于控制多相电机转轴的扭矩的装置，所述多相电机的转轴通过扭矩分裂机构与旋转电机的转轴以及内燃机的转轴机械相连，所述扭矩分裂机构将来自所述内燃机的扭矩分裂给所述多相电机和所述旋转电机，所述装置包括：确定组件，用于确定反相器是否引起故障；以及限制组件，用于在所述确定组件确定引起故障时，通过对所述多相电机的电状态进行操作而限制所述多相电机的负荷扭矩。

[0028] 当所述反相器中出现故障时，不能将所述多相电机的输出控制为期望的级别，这可能使所述多相电机的输出扭矩变为负荷扭矩。在这种情况下，难以获得所需的驱动力。在这个方面，上述配置可以限制所述多相电机的负荷扭矩以缓解这个问题。

附图说明

[0029] 附图中：

[0030] 图1是示出了根据本发明第一实施例的混合机车系统的一般配置的示意图；

[0031] 图2是示出了根据第一实施例的包括发电机、反相器和微计算机的配置的示意图；

[0032] 图3是示出了根据第一实施例的微计算机中的过程的功能性框图；

[0033] 图4A和4B是示出了根据第一实施例的发电机在正常操作中电流和扭矩发生转变的时间图；

[0034] 图5A和5B是示出了根据第一实施例的发电机在单相短路控制下的电流和扭矩发生转变的时间图；

[0035] 图6是示出了三相短路控制模式的电路图；

[0036] 图7A和7B是示出了根据第一实施例的发电机在三相短路控制下的电流和扭矩发生转变的时间图；

[0037] 图8A和8B示出了三相短路控制中转速与电流和扭矩的关系；

[0038] 图9是根据第一实施例，对发电机、内燃机和电机的转速之间的关系进行设置的列线图(alignment diagram)；

[0039] 图10是示出了在单相和三相短路控制下转速与负荷之间的关系的图示；

[0040] 图11是示出了根据第一实施例的两相调制模式的时间图；

[0041] 图12是示出了根据第一实施例，在出现短路时的故障保护处理过程的流程图；

[0042] 图13是示出了图12所示故障保护处理中的两相调制处理过程的流程图；

[0043] 图14是示出了根据本发明第二实施例，包括发电机、反相器和微计算机的配置的示意图；

[0044] 图15是示出了根据第二实施例，在发生短路时的故障保护处理过程的流程图；

[0045] 图16是示出了根据本发明第三实施例，在发生短路时的故障保护处理过程的流程图；

[0046] 图17是示出了与本发明第四实施例相关的问题的列线图；

[0047] 图18是示出了根据第四实施例的故障保护处理中的开关模式的图示；

[0048] 图19是示出了根据第四实施例，在发生短路时的故障保护处理过程的流程图；

[0049] 图20是示出了根据本发明第五实施例的包括发电机、反相器和微计算机的配置的示意图；

[0050] 图21是根据第五实施例的故障保护处理中的开关模式的图示；

[0051] 图22是示出了根据第五实施例，在发生短路时的故障保护处理过程的流程图；

[0052] 图23是示出了根据本发明第六实施例的包括发电机、反相器和微计算机的配置的示意图；

[0053] 图24是根据本发明第七实施例的混合机车系统的一般配置的示意图；

[0054] 图25是示出了根据第七实施例，在发生短路时的故障保护处理过程的流程图；

[0055] 图26是示出了根据第八实施例，在发生短路时的故障保护处理过程的流程图；以及

[0056] 图27是示出了根据本发明第九实施例的包括发电机、反相器和微计算机的配置的示意图。

具体实施方式

[0057] (第一实施例)

[0058] 下文参考附图来描述本发明的第一实施例。在本实施例中，本发明的多相旋转电机控制系统应用于加载在混合机车上的系统。

[0059] 图1是示出了上述混合机车的动力传送系统的一般配置的示意图。

[0060] 如图1所示，内燃机1设置有飞轮阻尼器2，飞轮阻尼器2用于抑制内燃机1的振动。内燃机1的动力通过扭矩分裂机构3被分配给第一电机-发电机(发电机4)和第二电机-发电机(电机5)。具体地，扭矩分裂机构3由行星齿轮机构组成。在行星齿轮机构中，行星齿轮3p与内燃机的转轴相连，恒星齿轮3s与发电机4的转轴相连，而环形齿轮3r与电机5的转轴相连。发电机4和电机5中的每一个都由DC无刷电机组成。

[0061] 发电机4的负荷扭矩和电机5的输出扭矩由与电池7相连的功率控制单元6来控制。发电机4产生的能量通过功率控制单元6向电池7充电。电池7的电功率使电机5开始操作。电机5的输出扭矩被传送到机车的驱动轮。

[0062] 图2具体示出了功率控制单元6中与发电机4的控制相关的一部分。

[0063] 如图2所示，反相器10与发电机4的三相(U相、V相和W相)相连。反相器10是由并联主体组成的三相反相器，在所述并联主体中，开关元件12和14(U相臂)、开关元件16和18(V相臂)以及开关元件20和22(W相臂)这三组开关元件是并联的，从而在三相中的每一相与电池7的正端或负端之间建立电连接。反相器10还设置有飞轮二极管24、26、28、30、32和34，这些二极管分别与开关元件12、14、16、18、20和22反并联。将开关元件12和14串联的连接点与发电机4的U相相连。将开关元件16和18串联的连接点与发电机4的V相相连。将开关元件20和22串联的连接点与发电机4的W相相连。应当理解的是，在本实施例中，这些开关元件12、14、16、18、20和22中每一个都由绝缘栅双极晶体管(IGBT)组成。

[0064] 平滑电容器40与开关元件12和14、开关元件16和18以及开关元件20和22这三组开关元件中的每一组开关元件的两端相连。

[0065] 微计算机50与用于检测发电机4的转轴的旋转角度的位置检测器52相连，并与分别用于检测流过U相和V相的电流的电流检测器54和56相连。微计算机50获得这些检测器的检测结果，并根据基尔霍夫定律，基于流过U相的电流和流过V相的电流来计算流过W相的电流。例如，微计算机50基于发电机4的转轴的旋转角度和流过三相的电流，通过栅极驱动电路60、62、64、66、68和70，分别操作开关元件12、14、16、18、20和22。此外，微计算机50具有如下功能：分别检测流过开关元件12、14、16、18、20和22的电流，作为流过节点Na、Nb、Nc、Nd、Ne和Nf的电流；以及基于检测到的电流而检测反相器10中故障的出现。

[0066] 图3是示出了微计算机50所执行的处理的方框图。在本实施例中，通过基本实施三角波PWM(脉宽调制)控制，而将发电机4的负荷扭矩控制为所要求的扭矩。具体地，下文的描述关注与图3所示处理中的三角波PWM控制相关的处理。

[0067] 三相-两相转换器80执行从流过U相的实际电流iu和流过V相的实际电流iv以及流过W相的实际电流iw向d-q轴的坐标转换，实际电流iu和实际电流iv是分别由电流检测器54和56检测的，实际电流iw是根据实际电流iu和iv计算出的，用以产生实际电流id和实际电流iq。由于所述坐标变换使用发电机4的旋转角度，所以位置检测器52把旋转角度θ输入三相-两相转换器80。例如，命令电流产生单元82根据所要求的扭矩和转速Nm，而产生命令电流iqc和idc，作为旋转角度θ的时间差值。以d-q轴上的命令值来反映命令电流iqc和idc。

[0068] PI控制器84基于命令电流idc与实际电流id之间的差而计算比例项和积分项。所计算的值作为第一命令电压vd1从PI控制器84输出。PI控制器86基于命令电流iqc与实际电流iq之间的差而计算比例项和积分项。所计算的值作为第一命令电压vq1而从PI控制器86输出。下文将会解释第一命令电压vd1和vq1的行为。

[0069] 在施加到三相的各个相的电压vu和vv以及vw、三相的各个相中产生的反电动势eu和ev以及ew、发电机4的电阻R、自感L’、互感M、以及时间微分算子P之间建立了如下关系：

[0070] vu＝(R+PL’)×iu-1/2×PM×iv-1/2×PM×iw+eu

[0071] vv＝-1/2×PM×iu+(R+PL’)×iv-1/2×PM×iw+ev

[0072] vw＝-1/2×PM×iu-1/2×PM×iv+(R+PL’)×iw+ew

[0073] 当执行d-q轴转换时，使用转速ω、电感L(＝L’+3/2×M)以及反电动势ω ，从下面的方程(cd)和(cq)分别获得d轴和q轴的电压vd和vq：

[0074] vd＝(R+PL)×id-ωL×iq…(cd)

[0075]

[0076] 从上面的方程(cd)和(cq)可以看出，施加到发电机4的电压的轴向分量不仅包括与流过发电机4的电流中的相同轴向分量成比例的项，而且还包括与不同的轴向分量成比例的项以及反电动势ω (下文把这些称作“干扰项”)。

[0077] 在本实施例中，由非交互式控制器88基于实际电流id和iq而计算这些干扰项，以进一步计算第零命令电压vd0和vq0。然后，把第一命令电压vd1和第零命令电压vd0相加以获得d轴的命令电压vdc。类似地，把第一命令电压vq1和第零命令电压vq0相加以获得q轴的命令电压vqc。

[0078] 两相-三相转换器92获得d轴的命令电压vdc和q轴的命令电压vqc。两相-三相转换器92把d轴的命令电压vdc和q轴的命令电压vqc转换为U相的命令电压vuc、V相的命令电压vvc和W相的命令电压vwc。这些命令电压vuc、vvc和vwc是当命令电流经过发电机4的各个相时应当施加到各个相的电压。命令电压vuc、vvc和vwc是正弦波，每一个电压中心都为零。发电机4的各个相的命令电流是指三相中每个相各自的命令电流，它基于上述命令电流idc和iqc而确定。

[0079] 命令电压vuc、vvc和vwc通过开关部分94分别施加到比较器96、98和100的正相输入端。比较器96、98和100把各个命令电压vuc、vvc和vwc的大小与三角波产生电路102产生的三角载波的大小进行比较。通过对命令电压vuc、vvc和vwc进行脉宽调制(PWM)而产生各个比较器96、98和100的输出信号gu、gv和gw。

[0080] 开关部分104获得输出信号gu、gv和gw。空载时间产生单元112获得开关部分104输出的信号及这些信号经反相器106、108和110反相后的反相信号。在空载时间产生单元112中，对上述输出信号以及与其相对应的反相信号进行波形整形，以避免这些信号的边缘发生重叠，即避免时序重合。波形整形后的信号用作：操作信号gup，用于操作U相的开关元件12；操作信号gun，用于操作U相的开关元件14；操作信号gvp，用于操作V相的开关元件16；操作信号gvn，用于操作V相的开关元件18；操作信号gwp，用于操作W相的开关元件20；以及操作信号gwn，用于操作W相的开关元件22。

[0081] 在上述配置中，当开关部分104已经选择输出信号gu、gv和gw时，开关元件12、14、16、18、20和22由PI(比例-积分)控制来操作，从而实际电流iu、iv和iw可以和基于命令电流idc和iqc而确定的三相电流(命令电流)一致。在这种情况下，与命令电压vuc、vvc和vwc一致，施加到三相的电压中每一个电压都是幅度中心为零的正弦波。图4A示出了PWM控制下的实际电流iu、iv和iw的转变，而图4B示出了发电机4的扭矩的转变。
这里是发电机4的转轴的扭矩为正的示例情况，即发电机4用作电机的情况。

[0082] 下文描述微计算机50所执行的处理，具体描述发生短路时所执行的处理，所述处理导致反相器10的任意臂(包括开关元件12和14的串联主体、包括开关元件16和18的串联主体以及包括开关元件20和22的串联主体)的开关元件12、14、16、18、20和22中任意开关元件的恒定导电状态。在本实施例中，首先基于流过图2所示节点Na、Nb、Nc、Nd、Ne和Nf的电流而确定经过电流是否经过任意臂的两个开关元件。当确定经过电流经过臂时，将该臂看作发生故障。然后，对所有的开关元件12、14、16、18、20和22进行操作并断开。结果，没有引起短路的这些开关元件进入非导通状态。然而，当开关元件12、14、16、18、20和22中仅有一个发生短路时，由于短路的开关元件、飞轮二极管24、26、28、30、32和34中的一些、发电机4和电池7形成了闭环电路，所以电流流过发电机4。

[0083] 图5A示出了在W相臂中的开关元件20发生短路时开关元件12、14、16、18和22处于断开状态的情况下的实际电流iu、iv和iw的转变。图5B示出了开关元件20发生短路时发电机4的扭矩。可以看出，实际电流iw的平均值比实际电流iu和iv的平均值大预定的偏移量。另一方面，例如当开关元件22发生短路时，实际电流iw的平均值变得比实际电流iu和iv的平均值小预定的偏移量。因此，当任意一个相的实际电流的平均值相对于另外两个相的实际电流的平均值产生偏移时，可以基于偏移量而确定开关元件12、14、16、18、20和22中的特定开关元件发生短路。

[0084] 如果确定开关元件12、14、16、18、20和22中任意开关元件发生短路，则另外两个正常相中与发生短路的开关元件相对应的开关元件进入导通状态。例如，如图6所示，当W相的开关元件20发生短路时，开关元件12和16接通且其它开关元件断开。这样，发电机4的所有三个相都可以被短路(三相短路控制)。因此，当电流流过发电机4使发电机4中产生反电动势时，除了相偏移之外，三相实际电流iu、iv和iw变得彼此大致相等。

[0085] 图7A示出了三相短路控制下电机5中的实际电流iu、iv和iw的转变，而图7B示出了图7A所示转变中的发电机4的转轴的扭矩的转变。可以看出，实际电流iu、iv和iw处于稳定状态，具有幅度和幅度中心彼此相等的正弦波形式。此外，发电机4的扭矩的绝对值也处于低级别上的稳定状态。因此，当开关元件20发生短路时，可以适当地防止扭矩波动和发热的问题。另外，开关元件22固定的断开状态可以防止经过电流。

[0086] 然而，在三相短路控制下，发电机4的低转速区域中的扭矩绝对值增大。图8A示出了三相短路控制下相电流(实际电流iu、iv和iw)与转速的关系，图8B示出了三相短路控制下扭矩绝对值与转速的关系。应当理解的是，图8B中的扭矩表示负荷扭矩(＜0：使转轴停止旋转的扭矩)。如图所示，随着转速减小，实际电流iu、iv和iw减小且扭矩增大。这是因为电压vd和vq中的电感分量(上文方程(cd)和(cq)中的PL)增大且该电感分量与电流iq和id正交，因而功率因数随着转速增大而减小。

[0087] 因此，低转速区域中使用三相短路控制增大了发电机4的负荷扭矩。在这种情况下，内燃机1被看作处于非操作状态(已经停止燃料注入控制)。如果电机5在这种环境下操作，则会引起内燃机1的转轴发生旋转。具体地，如图9中列线图所示，电机5、内燃机1和发电机4的转速建立了与直线有关的关系。因此，为了在内燃机1停止时逐渐提高电机5的转速，需要按照图9中双点划线所示的那样来提高发电机4的转速。然而，低转速区域中的大负荷扭矩可能会妨碍发电机4转速的增大。结果，如图9中点线所示，内燃机1的转速增大。在这种情况下，内燃机1的转速可能徘徊在小于空转转速(＞0)的转速周围。

[0088] 另一方面，转速小于空转转速的区域包括与上述飞轮阻尼器2的共振频率相对应的转速区域。因此，在发电机4的低转速区域中执行三相短路控制可能会使内燃机1的转速落入与共振频率相对应的转速区域中，从而导致明显的振动。

[0089] 在所述情况下，在发电机4的低转速区域中，开关元件12、14、16、18、20和22中所有非短路的开关元件可以被断开，以进入非导通状态(单相短路控制)。这种单相短路控制能够减小发电机4的低转速区域中的负荷扭矩。然而，单相短路控制和三相短路控制仍旧允许发电机4的低转速区域的存在，而这会使内燃机1的转轴开始旋转。

[0090] 图10示出了单相短路控制和三相短路控制下发电机4中引起的负荷扭矩与转速的关系。如图10所示，在单相短路控制下，尽管发电机4的低转速区域引起了小负荷扭矩，然而该负荷扭矩随着转速的增大而增大。在转速N1处，发电机4的负荷扭矩变成由内燃机1的摩擦力扭矩所平衡的扭矩，这由图10中的点划线来表示。由摩擦力扭矩所平衡的扭矩是指允许内燃机1的转轴克服内燃机1的摩擦力而开始旋转的最小扭矩。具体地，当发电机4的转速超过转速N1时，根据动力学原理，通过扭矩分裂机构3所传送的电机5的动力抵抗内燃机1的摩擦力扭矩而加速内燃机1的转轴的旋转，而不抵抗发电机4的负荷扭矩而加速发电机4的转轴的旋转。因此，随着电机5的转速增大，内燃机1开始旋转。

[0091] 在三相短路控制下，尽管发电机4的高转速区域导致了小负荷扭矩，然而该负荷扭矩随着转速的减小而增大。因此，在大于转速N1的转速N2处，发电机4的负荷扭矩变为由摩擦力扭矩所平衡的扭矩。因此如图9所示，在逐渐增大电机5的转速的过程中，内燃机1的转轴在转速N1与转速N2之间的区域中开始旋转，这与从单相短路控制到三相短路控制的控制转变无关。因此，电机5转速的增大导致内燃机1的转速增大，这会避免使发电机4的转速提高到转速N2。

[0092] 当电机5的转速增大使得发电机4的转速增大时，本实施例的系统执行图11所示处理以便把转速从转速N1转变为转速N2。在图11中，点划线表示三相命令电压vuc、vvc和vwc。如图中所示，三相命令电压vuc、vvc和vwc中每一个命令电压相比于其它两个相来说在1/3周期中变得更接近于反相器10的正电势，而且相比于其它两个相来说在1/3周期中变得更接近于反相器10的负电势。

[0093] 在这种情况下，例如当W相的开关元件20引起短路时，W相的电压vw被固定在如图11所示的反相器10的正电势处。在这种情况下，如果使由三相命令电压vuc、vvc和vwc中两个命令电压所确定的相-相电压等于实际的相-相电压，则能够使由命令电流iqc和idc所确定的三相命令电流实际流过。然而如图11所示，固定在正电势处的W相电压vw不允许U相和V相电压提高到大于W相电压vw的电压。因此，如果命令电压vuc和vvc大于命令电压vwc，那么不能使实际的相-相电压等于由三相命令电压vuc、vvc和vwc中的两个命令电压所确定的相-相电压。

[0094] 因此，实际的相-相电压与由三相命令电压vuc、vvc和vwc中的两个命令电压所确定的相-相电压相等仅能够在与电角度120°等效的部分中实现，其中在所述部分中W相的命令电压vwc变得比另外两个相的命令电压vuc和vvc更接近于正电势。因此，对命令电压vuc和vvc进行调制，从而能够确保实际的相-相电压在这个部分中变得与由三相命令电压vuc、vvc和vwc中的两个命令电压所确定的相-相电压相等。图11中的实线分别表示从命令电压vuc和vvc的调制中得到的命令电压vum和vvm。

[0095] 下文具体描述反相器10中发生短路时所执行的处理。

[0096] 两相调制器120对从两相-三相转换器92输出的三相命令电压vuc、vvc和vwc中没有发生短路的两相命令电压进行调制。然后，开关部分94选择从两相-三相转换器92输出的三相命令电压vuc、vvc和vwc，或选择已调制的命令电压vum、vvm和vwm。

[0097] 另一方面，开关部分104选择从比较器96、98和100输出的信号gu、gv和gw，或是具有逻辑“H”的信号，或具有逻辑“L”的信号。

[0098] 故障保护处理器122对开关部分94和104进行操作，从而能够执行单相短路控制、三相短路控制和两相调制控制。

[0099] 现在更加详细地描述由故障保护处理器122和两相调制器120所执行的处理。

[0100] 图12示出了与短路相关的处理过程。例如，在预定周期中的预定时间处执行这些处理。

[0101] 在一系列处理中，在步骤S12处，确定三相中的特定臂的任意一个开关元件是否发生短路。在这个处理中，使用上述方案，并通过基于其它逻辑(未示出)而执行的短路诊断处理来确定短路的发生。如果确定已经发生短路，则在步骤S14处确定内燃机1是否处于非操作状态且电机5是否处于操作状态。具体地，执行该处理，以确定是否已经创建了这样一种条件，即尽管内燃机1处于非操作状态，可以取决于发电机4的负荷扭矩而使内燃机1开始旋转。

[0102] 如果内燃机1处于非操作状态且电机5处于操作状态，则在步骤S16处确定发电机4的转速是否等于或大于转速N2，并且在步骤S18处确定发电机4的转速是否等于或小于转速N1。在发电机4的转速Nm大于转速N1且小于转速N2时，在步骤S20处确定电机5的转速是否正在增大。

[0103] 在发电机4的转速Nm等于或小于转速N1的情况下，或者在转速Nm大于转速N1且小于转速N2、同时电机5的转速不在增大(正在减小)的情况下，在步骤S26处执行单相短路控制。在这种情况下，如果电机5的转速减小，则需要发电机4的转速逐渐减小以停止内燃机1而不管电机5的转速减小。因此在这种情形下，发电机4的负荷扭矩较大这个事实与用于避免内燃机1开始旋转的要求不一致。因此，在发电机4的转速Nm大于转速N1且小于转速N2、同时电机5的转速减小的情况下，执行单相短路控制。

[0104] 如果转速Nm等于或大于转速N2、同时内燃机1正在操作，那么在步骤22处执行三相短路控制。应当理解的是，在内燃机1的操作期间执行三相短路控制的理由是：三相短路控制有助于减小负荷扭矩。

[0105] 如果转速Nm大于转速N1且小于转速N2、同时电机5的转速正在增大，那么在步骤S24处执行两相调制处理。

[0106] 图13示出了上文所述在步骤24处执行的处理。在下文对这些处理的描述中，假定W相开关元件12和14中任意一个已经发生短路。省略了关于其它两个相的描述，这是因为对W相的描述也适用于其它两个相。

[0107] 在步骤S24a处，确定W相中是否出现故障。如果确定W相中出现故障，则在步骤S24b处确定W相命令电压vwc是否等于或大于其它两个相的命令电压，或W相的命令电压vwc是否等于或小于其它两个相的命令电压。在这种情况下，把命令电压vuc、vvc和vwc设置为能够加速发电机4的转速以使其等于或大于转速N2的值。

[0108] 当在步骤S24b处做出否定判决时，在步骤S24c处执行单相短路控制以做好准备。当在步骤S24b处做出肯定判决时，分别对U相和V相的命令电压vuc和vvc进行调制，以使实际的相-相电压变得与由命令电压vuc、vvc和vwc所确定的相-相电压相等。具体地，例如在图11所示的示例中，通过使用反相器10的正电势电压vp来执行调制，从而可以按照如下等式而分别得到U相和V相的调制的命令电压vum和vvm：

[0109] vum＝vp-vwc+vuc

[0110] vvm＝vp-vwc+vvc

[0111] 如果在上文所述的步骤S24a处做出否定判决，则针对U相和V相执行相同的处理。在完成步骤S24c和S24d处的处理后，控制返回到图12的步骤S24。

[0112] 如上所述，本实施例能够提供如下效果。

[0113] (1)如果确定发电机4的反相器10发生故障而内燃机1处于非操作状态，则通过操作发电机4的电条件，限制由电机5的动力(通过扭矩分裂机构3所传送的)所导致的转轴的旋转。因此，在发电机4的反相器10出现故障时能够适当地抑制混合系统中出现振动。

[0114] (2)如果发电机4的反相器10中已经发生短路，则发电机4的负荷扭矩得到控制，从而内燃机1转轴的旋转停止。因此，能够适当地避免伴随内燃机1转轴旋转的缺点。

[0115] (3)通过执行反相器10的开关操作，在发电机4的反相器10中出现短路时针对内燃机1执行了旋转限制。因此，能够维持发电机4中的电流连续性。另外，能够适当地避免弧电流的产生等，其中所述弧电流是由发电机4中的电流归零而引起的。

[0116] (4)如果发电机4的反相器10的特定臂的开关元件中发生短路、同时发电机4的转速等于或大于转速N2，则执行三相短路控制，从而所有其它臂中与发生短路的开关元件相对应的开关元件都进入导通状态。因此，能够抑制流过发电机4的电流值的增大，能够抑制发电机4的扭矩绝对值的增大，而且能够抑制发电机4的扭矩波动。

[0117] (5)如果发电机4的转速等于或小于转速N1，则执行单相短路控制，从而反相器10的开关元件中正常工作的那些开关元件可以进入非导通状态。因此，当转速等于或小于转速N1时能够抑制发电机4的负荷扭矩绝对值的增大，而且能够抑制发电机4的扭矩波动。

[0118] (6)如果发电机4的转速大于转速N1且小于转速N2、同时电机5的转速正在增大，则执行加速控制，从而发电机4的转速变得等于或大于转速N2。因此，能够适当地抑制内燃机1开始旋转，否则转速在发电机4的转速大于旋转值N1且小于转速N2的区域中徘徊会导致内燃机1的旋转。

[0119] (7)如果发电机4的转速大于转速N1且小于转速N2、同时电机5的转速正在增大，则对除了发生故障的相之外的两个相的命令电压进行调制，从而三个相的相-相电压变得与由命令电压vuc、vvc和vwc所确定的相-相电压相等。因此，可以把发电机4的转轴的扭矩控制到期望的级别。另外，能够把发电机4的转速迅速地转变至转速等于或大于N2的区域中。

[0120] (8)在三相命令电压vuc、vvc和vwc的1/3周期中，执行两相调制控制。因此，能够适当地把发电机4的扭矩控制到期望的级别。

[0121] (9)如果发电机4的转速大于N1且小于N2、同时电机5的转速正在增大，则在执行两相调制控制的周期之外，执行单相短路控制。因此，能够在为两相调制控制而做准备的周期中抑制扭矩绝对值的增大。

[0122] (10)发电机4的转轴与恒星齿轮、电机5的转轴与环状齿轮以及内燃机1的转轴与行星齿轮之间已经建立连接。因此，通过随着电机5的转速增大而相反地增大发电机4的转速，能够限制内燃机1的转轴的转速。

[0123] (11)通过允许DC无刷电机用作发电机4，电流可以因反电动势而流过发电机4。因此，如果转速等于或小于N2，那么两相调制控制或单相短路控制可以适当地抑制发电机
4的负荷扭矩的增大。

[0124] (第二实施例)

[0125] 下文参考附图来描述本发明的第二实施例，该描述关注与第一实施例的差别。在本实施例和下面若干实施例中，为了简化或省略某些解释，给与第一实施例相同或相似的组件赋予相同的标记。

[0126] 图14示出了与本实施例相关的发电机4、反相器10和微计算机50。

[0127] 如图14所示，本实施例设置有开关电路130、132和134，这些开关电路连接在反相器10的各个臂的输出与发电机4的三个相之间。这些开关130、132和134是常闭型开关，然而可以优选地是一旦进入断开状态就不会闭合的开关。例如，这些开关电路130、132和134可以是提供给输出总线的继电器。

[0128] 图15示出了根据本实施例，当发生短路时执行的处理过程。例如，这些处理由微计算机50按照预定周期来执行。如图15所示，当反相器10的开关元件12、14、16、18、20和22中任意的开关元件被短路时(步骤S30：是)，则开关电路130、132和134断开(步骤S32)。

[0129] 由此形成于发电机4的三个相中的开环不会引起反电动势，从而发电机4的负荷扭矩基本上归零。这允许发电机4的转速随着电机5转速可能的增大而变化，以保持内燃机1的停止状态。

[0130] 根据上述本实施例，除了在第一实施例中提出的效果(1)和(2)之外，还可以实现如下效果。

[0131] (12)如果确定已经发生短路，则使开关电路130、132和134进入非导通状态。因此，发电机4的扭矩基本上归零。另外，可以抑制内燃机1的转轴的旋转。

[0132] (第三实施例)

[0133] 下文参考附图来描述根据本发明的第三实施例，该描述关注与第二实施例的差别。

[0134] 图16示出了根据本实施例，当发生短路时执行的处理过程。例如，这些处理由微计算机50按照预定周期来执行。

[0135] 在这个系列的处理中，当开关元件12、14、16、18、20和22中任意一个被确定为发生短路时(步骤S40)，在步骤S42处确定是否已经针对开关电路130、132和134执行了断开操作。在这个方面，假定开关电路130、132和134一旦断开就会保持不闭合状态。因此，如果一旦执行断开操作，则图16所示一系列的处理就会结束。

[0136] 另一方面，如果没有执行断开操作，则确定所有的实际电流iu、ev和iw是否为零。如果所有的实际电流iu、iv和iw为零，则在步骤S46处针对开关电路130、132和134执行断开操作。如果所有的实际电流iu、iv和iw不为零，则在步骤S48处执行与第一实施例类似的处理。

[0137] 下面是当所有的实际电流iu、iv和iw为零时针对开关电路130、132和134执行断开操作的理由。

[0138] 具体地，在实际电流iu、iv和iw流动时使用开关电路130、132和134把这些电流强制归零会引起弧电流。因此，要求开关电路130、132和134具有削弱弧电流的功能。实现为开关电路130、132和134提供这种功能的配置必然使反相器10的尺寸增大。

[0139] 根据本实施例，因为当所有的实际电流iu、iv和iw为零时执行断开操作，所以这个问题是可以避免的。

[0140] 如上所述，除了第一实施例中的效果(1)和(2)、第二实施例中的效果(12)之外，本实施例还具有如下效果。

[0141] (13)当所有的实际电流iu、iv和iw为零时，可以通过执行断开操作而避免弧电流。因此，开关电路130、132和134能够省却削弱弧电流的功能。

[0142] (第四实施例)

[0143] 下文参考附图来描述本发明的第四实施例，该描述关注与第一实施例的差别。

[0144] 在第一实施例中，通过根据发电机4的转速而执行单相短路控制、两相调制控制与三相短路控制之间的切换控制，防止内燃机1的转速落入与飞轮阻尼器2的共振频率相对应的转速区域中。然而，发明人发现在第一实施例中的这些控制可能仍旧允许内燃机1以极低的转速旋转。

[0145] 一种可能的原因是，当发电机4产生的负荷扭矩小于内燃机1的摩擦力扭矩时，飞轮阻尼器2可能不会停止。因此，飞轮阻尼器2可能会把扭矩传送到内燃机1的转轴。另一种可能的原因是，如图5B所示，由单相短路控制在发电机4中产生的负荷扭矩实际上可能会随着时间发生剧烈的波动。换句话说，图10所示在单相短路控制下的发电机4的负荷扭矩与转速之间的关系在定义基于时间而产生波动的负荷扭矩上具有一定的自由度。如果单独转速的时间平均值被定义为负荷扭矩，则负荷扭矩实际上超过了内燃机1的摩擦力扭矩。目前还没有明确地确定原因，但是可以肯定的是发明人实际上观察到这样的现象，即内燃机1以极低的转速旋转。

[0146] 具体地，当机车以极低的速度(例如0至几公里/每小时)行驶时，发电机4以大约100rpm的速度旋转。如图17所示，在这种情况下，内燃机1能够以发电机4的负荷扭矩所引起的极低转速而旋转。这样，极低转速的旋转使摩擦力扭矩以大约为0至10Hz的频率在内燃机1中发生周期性波动，它由活塞的周期性往复运动而引起。由于这个频率与包括内燃机1至驱动轮8的驱动系统的共振区相符，机车可能会来回地振动。

[0147] 为了对此采取措施，如图18所示，本实施例通过在转速小于N2时执行两相调制控制而减小发电机4的负荷扭矩。

[0148] 图19示出了根据本实施例，在发生短路时执行的处理过程。按照预定的周期执行这些处理。

[0149] 在这一系列的处理中，当在步骤S16处确定发电机的转速小于N2时，在步骤S24处执行两相调制控制。应当理解的是，基于实验，例如基于针对反相器10中发生单相短路时所执行的故障保护处理的实验，为命令电压vuc、vvc和vwc预先设置适当的值。在这种情况下，可以根据电机5所需的扭矩或电机5的转速而可变地设置命令电压vuc、vvc和vwc。然而，各个命令电压vuc、vvc和vwc的设置优选地针对电机5的转速增大和不增大的情况而分别进行设置。具体地，当电机5的转速增大时，执行与第一实施例中相同的加速处理，以便把发电机4的转速提高至等于或大于转速N2。另一方面，在减速期间，执行适当的处理以尽可能地减小发电机4的负荷扭矩。这两种处理共同产生了减小发电机4的负荷扭矩的效果。

[0150] 与图13所示的处理相似，在有限的周期(命令电压的1/3周期，或等效于电角度120°的周期)内执行两相调制处理。在余下的周期中，执行单相短路控制或三相短路控制。基于取决于发电机4的结构的负荷扭矩特性以及取决于内燃机1的结构(例如汽缸的位移和数目)的摩擦力特性，针对每个机车而选择单相短路控制或三相短路控制，无论哪一个都可以更加有效地减小内燃机1的旋转。

[0151] 除了第一实施例中的效果(1)至(4)、(7)、(10)和(11)之外，上述本实施例还具有如下效果。

[0152] (14)如果发电机4的转轴的转速小于转速N2，则执行两相调制处理，以对除了发生故障的相之外的两个相的命令电压进行调制。因此，能够把发电机4的转轴的扭矩控制为期望的级别。此外，能够限制转轴的负荷扭矩。另外，如果发电机4的转速等于或大于转速N2，则三相短路控制可以在整个转速区域上适当地减小发电机的负荷扭矩。因此，能够在发电机4的整个转速区域上适当地限制内燃机1的转轴的旋转。

[0153] (第五实施例)

[0154] 下文参考附图来描述本发明的第五实施例，该描述关注与第一实施例的差别。

[0155] 本实施例与反相器中出现故障时所执行的故障保护处理相关，故障保护处理是执行电机5的输出控制时的操作目标。

[0156] 图20具体示出了与电机5的控制相关的功率控制单元6的一部分。

[0157] 当特定相的臂的任一开关元件中发生短路时，不能够以高精确度来控制电机5的输出扭矩。因此在这种情况下，本实施例利用内燃机1来执行跛行回家处理。然而在这种情况下，电机5的负荷扭矩的增大可能不会把内燃机1的驱动力适当地传送到驱动轮8。此外，过大的电流可能会在电机5或反相器10中流动。

[0158] 为了处理这种情况，如图21所示，本实施例在电机5的转速等于或大于转速N3时执行三相短路控制，而在转速小于N3时执行两相调制控制，从而对电机5的负荷扭矩进行限制。图22示出了根据本发明在电机5的反相器10中发生短路时所执行的处理过程。例如，这些处理按照预定周期而执行。

[0159] 在这一系列的处理中，在步骤S50处确定电机5的反相器10的特定相的臂中任一开关元件是否发生短路。在这个处理中，通过基于与第一实施例中所述方案有关的图中未示出的逻辑而执行的短路诊断处理，来确定短路的发生。如果确定短路已经发生，则在步骤S52处确定内燃机1是否处于非操作状态。提出这个确定以确定内燃机1是否处于代替电机5而提供驱动力的状态。如果确定内燃机1处于非操作状态，则在步骤S54处操作内燃机1。

[0160] 在步骤S52处做出否定判决或完成步骤S54处的处理时，控制前进到步骤S56。在步骤S56处，确定电机5的转速是否等于或大于转速N3。把转速N3设置为满足如下条件的级别：在三相短路控制之下在电机5中也许会引起负荷扭矩，但不会妨碍从内燃机1向驱动轮8提供驱动力。因此，如果在步骤S56处做出肯定判决，则控制前进到步骤S58，在步骤S58处执行三相短路控制。

[0161] 相反，如果在步骤S56处做出否定判决，则控制前进到步骤S60，在步骤S60处执行两相调制控制，从而减小电机5的负荷扭矩。应当理解的是，在这种情况下，基于例如针对反相器10中发生单相短路时执行故障保护处理的实验，而为命令电压vuc、vvc和vwc预先设置适当的值。在这个方面，可以根据例如电机5所需的扭矩或电机5的转速而可变地设置命令电压vuc、vvc和vwc。所需的扭矩是指跛行回家时所需的扭矩。考虑更高的转速在电机5中引起更大的反电动势这个事实，命令电压vuc、vvc和vwc的大小随着转速的增大而增大。

[0162] 与图13所示的处理相似，在有限的周期(命令电压的1/3周期，或等效于电角度120°的周期)内执行两相调制处理。在余下的周期中，执行单相短路控制或三相短路控制。基于取决于电机5的结构的负荷扭矩特性而为每个机车选择单相短路控制或三相短路控制。

[0163] 根据上述本实施例，能够在电机5中发生短路时执行适当的跛行回家处理。

[0164] (第六实施例)

[0165] 下文参考附图来描述本发明的第六实施例，该描述关注与第二实施例的差别。

[0166] 图23示出了与本实施例相关的电机5、反相器10和微计算机50。

[0167] 在本实施例中，开关电路130、132和134被设置在反相器10的各个臂的输出与电机5之间。当反相器10的特定相的臂中任一开关元件发生短路时，针对开关电路130、132和134而执行断开操作。由此在电机5的三个相的各个相中形成了开环。此外，防止出现反电动势，从而电机5的负荷扭矩可以基本上归零。关于执行开关元件130、132和134的断开操作的方案，可以应用第三实施例的方案。

[0168] (第七实施例)

[0169] 下文参考附图来描述本发明的第七实施例，该描述关注与第五实施例的差别。

[0170] 图24示出了根据本实施例的混合系统(混合机车)的一般配置。

[0171] 如图24所示，根据本实施例的混合机车是设置有第二电机9(MG3)的四轮驱动机车，其中第二电机用于向后轮8R传送动力。第二电机9也由DC无刷电机组成。在这种情况下，如果第二电机9的反相器的特定相的臂中任一开关元件引起短路，则第二电机9中产生负荷扭矩，该扭矩可以在后轮8R中引起负荷扭矩。此外，短路可能会在机车行驶时引起无意的制动力。

[0172] 为了处理这种情况，如果第二电机9的反相器的特定相的臂中任一开关元件发生短路，本实施例基于第五实施例而执行故障保护处理。图25示出了根据本实施例，当第二电机9的反相器中发生短路时所执行的处理过程。例如，这些处理按照预定周期而执行。

[0173] 在这一系列处理中，在步骤S70处确定第二电机9的反相器的特定相的臂中任一开关元件是否发生短路。这个处理与图22的步骤S50处的处理相同。如果确定故障出现，则控制前进到步骤S72，在步骤S72处确定第二电机9的转速是否等于或大于转速N4。转速N4被设置为满足如下条件的级别：在三相短路控制下在第二电机9中引起的负荷扭矩可能不会影响车辆的行驶。如果转速等于或大于转速N4，则在步骤S74处执行三相短路控制。相反，如果转速小于转速N4，则在步骤S76处执行两相调制控制。这个处理基于图22的步骤S60处的处理。

[0174] 在步骤S70处做出否定判决或完成步骤S74和S76的步骤时，这一系列处理暂时结束。如果机车具有仅后轮8R用作驱动轮的行驶模式，那么当在步骤S70处做出肯定判决时，优选地操作内燃机1和电机5中至少一个，从而机车利用驱动轮8来行驶。

[0175] 根据上述本实施例，在第二电机9的反相器中发生短路时可以采取适当的措施。

[0176] (第八实施例)

[0177] 下文参考附图来描述本发明的第八实施例，该描述关注与第七实施例的差别。

[0178] 图26示出了根据本实施例，在第二电机9的反相器中发生短路时所执行的处理过程。例如，这些处理按照预定周期而执行。

[0179] 如图26所示，本实施例在第二电机9的反相器中发生短路时执行三相短路控制，不管其转速如何。

[0180] (第九实施例)

[0181] 下文参考附图来描述本发明的第九实施例，该描述关注与第二实施例的差别。

[0182] 图27示出了与本实施例相关的第二电机9、反相器10和微计算机50。

[0183] 本实施例设置有在反相器10的各个臂的输出与第二电机9之间的开关电路130、132和134。在反相器10的特定相的臂中任一开关元件发生短路时，针对开关电路130、132和134执行断开操作。因此，能够在第二电机9的三个相中形成开环。此外，能够防止出现反电动势，而且能够对第二电机9中的负荷扭矩进行归零。关于执行开关电路130、132和
134的断开操作的方案，第三实施例的方案是可以应用的。

[0184] (修改)

[0185] 上述实施例可以按照下文来修改。

[0186] ●在第七实施例中，如果第二电机9的转速等于或小于预定的转速，即小于转速N4，则可以执行单相短路控制。此外，在第八实施例中，如果转速小于N4，则可以执行单相短路。

[0187] ●在第二和第六实施例中，开关电路130、132和134不仅可以是常闭型开关，而且可以是常开型开关。

[0188] ●在第一实施例中，上述效果(1)至(8)、(10)和(11)还可以通过如下方式来实现：当发电机4的转速大于N1且小于N2时、以及当没有执行两相调制时，在待机周期中执行三相短路控制。

[0189] ●在第一实施例中，发电机4的负荷扭矩也可以通过如下方式控制：当电机5的旋转速度正在减小、同时发电机4的转速大于N1且小于N2时，执行两相调制控制，从而转速可以变得等于或小于N1。

[0190] ●在第一实施例中，对发电机4的扭矩进行控制从而内燃机1的转动被归零。然而可以采取其它措施，例如包括对发电机4进行控制，以使内燃机1的转速可能不会落入与飞轮阻尼器的共振频率相对应的转速内。

[0191] ●在第一实施例中，考虑通常以等于或大于空转转速的速度来驱动内燃机1，可以执行下面的内容。具体地，可以对发电机4的扭矩进行控制从而内燃机1的转速变得小于空转转速但不超过0，从而可以适当地抑制内燃机1的转轴的旋转所涉及的缺点。

[0192] ●如果与飞轮阻尼器的共振频率相对应的转速区域没有被包括在转速小于空转转速的区域中，则对内燃机1的转轴无意开始的旋转进行限制是有效的。

[0193] ●用于在发生短路时控制发电机4的扭矩的方案不限于例如第一实施例中所示的方案。例如可以针对所有的转速区域而执行两相调制控制，从而控制发电机4的扭矩以限制内燃机1的旋转。在这种情况下，优选地对实际电流iu、iv和iw进行监测，从而流过发电机4的电流可能不会变得过大。

[0194] ●使用行星齿轮结构中的各个齿轮来连接发电机4、电机5和内燃机1这个模式不限于上述实施例中所示的模式。此外，扭矩分裂机构3可以不必具有行星齿轮机构。就是说，尽管内燃机1处于非操作状态，如果内燃机1的转轴可能具有被通过扭矩分裂机构3而传送到内燃机1的转轴的电机5的动力所旋转的风险，那么本发明可以有效地应用在发电机4的反相器10出现短路时。

[0195] ●在反相器中出现短路时经受扭矩控制的多相旋转电机(多相发电机和多相电机)不限于DC无刷电机。然而，上述实施例及其修改可以有效地应用于磁场型的旋转电机，例如具有在三相短路控制下可能导致反电动势的配置的电机。由于这种结构，例如当发电机4的转速变得小于N2或电机5的转速变得小于N3时，执行三相短路控制可能会引起不便。

[0196] ●通过例如调整PI控制器84和86的设置，可以省略非交互式控制器88。

[0197] ●多相旋转电机的控制系统的应用不限于混合机车。本发明的系统可以应用于电车的控制系统，例如可能在反相器中引起短路而且可能需要三相短路控制的系统。同样在这种情况下，当反相器中发生短路时，可以有效地应用第九实施例。

[0198] 在不背离本发明的精神的前提下，本发明能够以若干其它形式而实现。目前所述的实施例和修改仅用于说明而不是限制，因为本发明的范围由所附权利要求而不是之前的描述而限定。因此，落入权利要求的界限和范围、或这些界限和范围的等同物的所有改变将被权利要求所包含。